UNIVERZITET CRNE GORE
ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET U PODGORICI
VJETRO ELEKTRANE - SEMINARSKI RAD -
Kandidati:
Vujović Ivan Br.indeksa: 11/16, Starovlah Ivan Br. Indeksa: xx/16
Podgorica, april, 2017
SADRŽAJ 1. UVOD............... .................................................... ............................................................................................................ ..........................................................3 2. PLANIRANJE P LANIRANJE i PROJEKTOVANJE VJETROELEKTRANA ................................... 4 3. MJERENJE BRZINE I PRORAČUN ENERGIJE ....................................................... ........ ............................................... 5 4. VJETROAGREGAT ................................................................................. .................... 7 4.1. Konstrukcija vjetroagregata.............................................. vjetroagregata.............................................. ...................................... 7 4.2. Koncepcije generatora g eneratora ...................................................... .......................................................................................... .................................... 13 4.2.1. Asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom .......................................... 14 4.2.2. Asinhroni generator sa namotanim rotorom ................................................. .15 4.2.3. Asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom i pretvaračem ................... ................. .16 4.2.4. Asinhroni generator sa dvostranim napajanjem .................................. .......... 17 4.2.5. Sinhroni generator sa namotanim rotorom .................................................... 19 4.2.6. Sinhroni generator sa permanentnim magnetima .......................................... 20 4.3. Blok transformator..................................................................... ........................... 21 4.4. Energetski pretvarači ........................................................ .................................... 22 5. POVEZIVANJE VJETROAGREGATA ....................Error! Bookmark not defined. 6. POVEZIVANJE VJETROELEKTRANA NA EES ...Error! Bookmark not defined. 7. USLOVI POVEZIVANJA VJETROELEKTRANA NA EESError! Bookmark not defined. 7.1. Priključak ............................................... ............................................... ...............Error! Bookmark not defined. 7.2. Priključenje malih elektrana .................................Error! Bookmark not defined. 7.3. Šeme priključenja .................................................Error! Bookmark not defined. 7.4. Tehnički kriterijumi za priključenje ..................... Error! Bookmark not defined. 7.5. Kompezacija reaktivne snage ...............................Error! Bookmark not defined. 7.6. Primjer priključenja vjetroelektrane na SN distributivnu mrežuError! Bookmark not defined. 8. Uvodne strane ............................................... ...............Error! Bookmark not defined. 9. Tehničke karakteristike rada ........................................Error! Bookmark not defined. 10. Stil..............................................................................Error! Bookmark not defined. 11. Poglavlja i poTpoglavlja............................................Error! Bookmark not defined. 12. Slike ................................................... ........................Error! Bookmark not defined. 13. Tabele ........................................................................Error! Bookmark not defined. 14. Formule......................................................................Error! Bookmark not defined. 15. Skraćenice..................................................................Error! Bookmark not defined. 16. Literatura ...................................................................Error! Bookmark not defined. 17. PRILOZI ..................................................... .................................................................... ...............Error! Bookmark not defined.
1. UVOD Velika ekspanzija primjene alternativnih izvora električne energije, u svrhu, prije svega, smanjenja emisije štetnih gasova koji su produkt sagorijevanja fosilnih goriva u termoelektranama, kao i što boljeg iskorišćenja obnovljivih i besplatnih izvora iz kojih se može dobiti električna energija, nije zaobišla ni iskorišćenje vjetra kao izvora iz kog se generiše električna energija. Vjetro elektrane tj. vjetro agregati kao jedinice čijim se povezivanjem stvaraju elektrane koriste kinetičku energiju strujanja vjetra za pokretanje lopatica agragata, a preko njih stvaranje mehaničke rotacije turbine koja je vratilom povezana sa generatorom u kom se, okretanjem rotora u magnetnom polju statora, na izvodima stvara struja tj. električna energija. Prema mjestu gdje su instalirane, vjetroelektrane se dijele na kopnene (onshore) i morske (offshore). Prema položaju osovine, vjetroagregati su podijeljeni u one sa horizontalnom i one sa vertikalnom osovinom.
Jedan vjetro agregat je sastavljen iz relativno velikog broja elemenata koji, na određen način povezani, čine cjelinu sposobnu da proizvede, sa sadašnjim nivoom tehnološkog razvoja, električnu snagu od 3 do 8 MW. Generatori električne energije u vjetro agregatima predstavljaju asinhrone ili, u novije vrijeme, sinhrone mašine, koje generišu struju na niskom naponu (690 V). U blok transformatoru se ovaj napon podiže na srednje naponski nivo, a zavisno od ukupne nazivne snage vjetrolektrane i povezivanja vjetro agregata u okviru nje, vrši se uključivanje na distributivni ili prenosni nivo elektro energetskog sistema.
U Crnoj Gori je, planom razvoja alternativnih izvora električne energije u okviru dokumenta: “Strategija razvoja energetike Crne Gore do 2030. godine“, predviđena izgradnja i povezivanje u
elektro energetski sistem vjetro elektrana ukupne instalisane snage 400 MW čiji je potencijal proizvodnje 900 GWh godišnje.
2. PLANIRANJE I PROJEKTOVANJE VJETROELEKTRANA Razvoj svake vjetroelektrane počinje odabirom lokacije za izgradnju. Obično se pregledom terena uzima u razmatranje nekoliko potencijalnih lokacija. Nakon toga se, na osnovu tehničkih, ekonomskih i ekoloških ograničenja, bira najpovoljnija lokacija. Početna tehnička analiza uključuje procjenu potencijala vjetra na određenoj lokaciji. Takođe se provjerava da li je tehničk i i ekonomski moguć priključak na distributivnu mrežu. Proučavaju se i pristupni putevi, vlasnička prava i uticaj na okolinu.
U drugoj fazi se već odabrana lokacija detaljnije ispituje. Proučavaju se tehnički zahtjevi, vrše se kontinualna mjerenja brzine vjetra kako bi se se odredio najpovoljniji dizajn vjetroagregata i pozicioniranje na lokaciji, kao i moguća količina proizvodnje energije, odnosno ekonomska isplativost. Provjerava se i potreba za izgradnjom dodatnih pristupnih puteva, kao i sve prepreke na koje se može naići pri izgradnji vjetroelektrane. Na temelju svega navednog radi se ekonomska analiza, kako bi se provjerila isplativost projekta. Određuju se i specifična ograničenja uzrokovana okolinom.
Treća faza počinje kada se utvrdi da je investicija isplativa i tehnički moguća. U ovoj fazi se definiše izgled i pozicija vjetroagregata na lokaciji. Do početka četvrte faze su detaljno razmotreni svi aspekti izabrane lokacije. Nakon toga se pristupa izgradnji.
Faze planiranja i izvođenja projekta vjetroelektrane se odnose kako na kopnene (onshore) tako i na vjetroelektrane na moru (offshore) vjetroelektrane. Ipak postoje i neke specifičnosti vezane za izgradnju offshore elektrana. Kod vjetroagregata za vjetroelektrane na moru koriste se iste tehnologije kao i kod vjetroelektrana na kopnu, a glavna razlika je u veličini, jer se kod offshore elektrana koriste samo najveći vjetroagregati (do 8 MW). Ta razlika proizlazi iz činjenice da su fizičke prepreke pri transportovanju komponenti kao što su lopatice mnogo manje za offshore elektrane, a cijena izgradnje je skoro jednaka bez obzira na veličinu vjetroagregata, pa je, ekonomski gledano, bolje koristiti što veće vjetroagregate, sa većom mogućnošću proizvodnje energije. Osim ove, postoje i druge razlike i specifičnosti. Strukturne komponente moraju biti dobro zaštićene od korozije i uticaja slane vode, izgrađuju se obično u vodama do 30 m dubine, a moguća je izgradnja i u dubljim vodama. Prednosti offshore elektrana u odnosu na onshore elektrane su nepostojanje prepreka za vjetar koji je konstantne brzine i ne gubi se njegova snaga zbog neravnog terena. S druge strane, komplikovanije je njihovo smještanje u vodu, a potrebne
su i relativno velike dužine kabla kako bi se povezale na mrežu. Takođe, održavanje vjetroelekrana na moru je znatno teže nego onih na kopnu zbog načina pristu pa vjetroagregatima. Vjetroelektrane na moru imaju veći potencijal, ali i veću cijenu po instaliranom kWh u odnosu na vjetroelektrane na kopnu zbog težih uslova održavanja.
3. MJERENJE BRZINE I PR ORAČUN ENERGIJE Mjerenja na lokaciji radi utvrđivanja brzine strujanja vjetra i raspodjele brzina kojoj će biti izložene lopatice vjetroagregata se vrše upotrebom instrumenta - anemometara, koji su pričvršćeni na visoke stubove, na visinu na kojoj će se nalaziti vjetroagregati. Potrebno je postaviti više stubova na lokaciji, a mjerenja se izvode u trajanju od minimalno jedne godine. Brzina vjetra je glavni parametar od kojeg se kreće pri projektovanju svih vjetroagregata na lokaciji, njihovom prostornom rasporedu i broju. Isto tako je polazna tačka svih proračuna o ekonomskoj isplativosti i proizvodnji energije. Kako cijena izgradnje vjetroelektrana minimalno zavisi od brzine vjetra, jasna je zavisnost ekonomske isplativosti od brzine vjetra. Takođe, ekonomska isplativost je zavisna i od promjena brzine vjetra zbog čega je od velike važnosti, imati pouzdane podatke o brzinama i promjenama brzina vjetra na lokaciji. Za određenu lokaciju je bitno poznavati i smjerove po kojima se dešava strujanje vjetra (ružu vjetrova) da bi se odredio optimalan raspored vjetroagregata zbog što boljeg iskorišćenja. Ostali podaci o vjetru mogu biti dugoročna gustina vazduha na lokaciji i intenzitet turbulencije vjetra na lokaciji. Ovi podaci ne utiču bitno na samu proizvodnju električne energije iz strujanja vjetra, već su važni pri određivanju opterećenja na vjetroagregat (lopatice), a samim tim i na određivanje očekivanog vijeka trajanja vjetroagregata.
Mjerni stub sa anemometrom visine 60 metara Za procjenu proizvodnje energije vjetroelektrane potrebno je procijeniti dugoročno ponašanje vjetra i njegove brzine na lokaciji i na visini na kojoj će se nalaziti vjetroagregati. Potrebno je procijeniti i gubitke zbog zavjetrine koji su posljedica rada jednog vjetroagregata ispred drugog, kao i ostale gubitke. Ulazni podaci za procjenu, osim podataka o vjetru su još i raspored vjetroagregata na lokaciji i njihova visina, karakteristike vjetroagregata (kriva snage k ao funkcija brzine vjetra i kriva sile vjetra na visini vjetroagregata kao funkcija brzine vjetra), procijenjena dugoročna gustina vazduha i nivo turbulencije, topografija na lokaciji i u okolnom području, kao i izgled zemljine površine na lokaciji i u okolnom području. Ostali gubici se izračunavaju za svaku elektranu zasebno zbog specifičnosti u vidu: raspoloživosti vjetroagregata, efikasnosti prenosa energije unutar vjetroelektrane, promjene na lopaticama tokom vremena (smanjivanje erozijom, zaleđivanje ili zaprljanje tokom vremena), strujanje vjetra iznad maksimalno dozvoljene granice kad se vjetroagregat isključuje i čekanje na smanjenje vjetra da bi se pokrenuo, tačnost instrumenata za prekid rada, vrijeme održavanja, raspoloživost mreže (ako mreža nije na raspolaganju nema predaje energije) i promjene u funkciji
snage u odnosu na predviđenu. Svi ovi gubitci mogu biti i između 9% i 12% od ukupne proizvedene energije, pa je potrebno i na njih obratiti pažnju.
4. VJETROAGREGAT 4.1. Konstrukcija vjetroagregata
Zavisno od toga da li se postavljanje vjetro agregata vrši na kopnu (onshore) ili na moru (offshore), izrađuju se različite konstrukcije ovih jedinica. Osnovna razlika je u podnožju stuba i stubu na kom je postavljen agregat, kao i u dizajnu samog agregata u smislu robustnosti i instalisane snage. Za vjetro agregate koji se postavljaju na kopnu izrađuje se čvrst armirano betonski temelj i
obično metalni šuplji stub. Dijapazon brzina vjetra pri kojima ovi agregati generišu električnu energiju je od 2,5 do 25 m/s, dok je snaga agregatske jedinice, prema sadašnjem razvoju tehnologije, do 3 MW. Tipičan izgled vjetroelektrane na kopnu prikazan je na slici 2.1.
Slika 2.1. Tipičan izgled onshore vjetro elektrane Vjetro agregati koji se instaliraju na moru, zavisno od dubine morske vode, mogu biti
postavljeni na temeljima izgrađenim u morskom dnu ili na polutajućim platformama, a visina stubova je obično nešto manja nego kod kopnenih agregata. Vjetro agregati koji se izrađuju za upotrebu na moru su robustniji i dizajnirani tako da izdrže jače udare vjetra i oluje, te da budu
otporniji na koroziju i uticaje sredine u kojoj se nalaze. Takođe, agregatske jedinice offshore vjetro
elektrana su veće instalisane snage (do 8 MW). Na slici 2.2 je prikazan izgled offshore vjetro elektrane. Podjela vjetroagregata izvr šena je i prema položaju osovine turbine. Tak o postoje vjetroagregati tj. vjetro turbine sa vertikalnom osovinom i vjetro turbine sa horizontalnom osovinom. Kod vjetroagragata sa vertikalnom osovinom strujanje vjetra je normalno na osu rotacije tako da se lopatice ne moraju pomjerati prema smjeru vjetra. Na slici 2.3 su prikazana najčešća
rješenja vjetro agregata sa vertikalnom osovinom turbine.
Slika 2.2. Tipičan izgled offshore vjetro elektrane
Slika 2.3. Vjetro agregati sa vertikalnom osovinom turbine: a) Darriusova vjetroturbina, b) Savoniusova vjetroturbina, c) H vjetroturbina
Rješenje pod a, tj. Darriusova vjetroturbina dizajnirana je za relativno velike snage. Ova turbina se obično gradi sa dva ili tri luka i spada u brzorotirajuće turbine, što je pogodno u pogledu elektromehaničke konverzije jer omogućava upotrebu generatora sa malim brojem polova. Vjetrogenerator je smješten na tlu, čime se eliminiše potreba za stubom, i generalno povećava stabilnost čitavog vjetroagregata. Ove turbine su relativno male visine, a kako je brzina vjetra blizu tla mala i efikasnost vjetroturbine je mala. Takođe, Darriusova vjetroturbina nije samostartujuća, odnosno zahtijeva motorno zalijetanje. Radi stabilnosti, neophodno je pričvrstiti je čeličnim sajlama za zemlju što se pokazalo kao nepraktično na površinama koje se koriste u zemljoradnji. Iz navedenih razloga, danas je ovo rješenje gotovo u potpunosti napušteno. Drugo prikazano rješenje, odnosno Savoniusova vjetroturbina funkcioniše na potpuno različitom principu u odnosu na Dardiusovu turbinu. Ova trubina se sastoji od dva polucilindra i radi na principu razlike aerodinamičkih koeficijenata otpora za cilindrični konveksni i konkavni dio. Konkavni polucilindar se kreće u smjeru strujanja vjetra, a konveksni u smjeru suprotnom od smjera strujanja vjetra. Osnovna težnja kod turbina koje rade na principu sile pritiska je da se ostvari dobar pritisak vjetra na površinu koja se kreće niz vjetar i što manji otpor vjetru na površinu koja se kreće uz vjetar. Ova turbina spada u sporohodne i njena maksimalna teorijska brzina okretanja odgovara brzini vjetra. Maksimalna efikasnost je 30 %. Turbine koje rade na ovom principu su vrlo jednostavne konstrukcije i odlikuju se relativno velikim polaznim momentom. Zbog male snage koju mogu generisati, uglavnom se koriste za napajanje izolovanih potrošača i pumpanje vode.
Rješenje pod c, odnosno H turbina je u suštini naprednije rješenje Darriusove vjetroturbine i funkcioniše na principu sile potiska koja se javlja na lopaticama turbine, kao posljedica razlike pritisaka pri strujanju vjetra oko lopatice. Mogu imati dvije, tri ili više lopatica. Vrlo su robustne i mogu se koristiti u regionima sa ekstremnim klimatskim uslovima i pri ekstremnim brzinama strujanja vjetra. Ova vrsta turbine primjenjuje se za napajanje izolovanih potrošača, kao što su izdvojeni telekomunikacioni objekti.
Kod vjetroagregata sa horizontalnom osovinom strujanje vjetra je paralelno sa osom rotacije tako da se, radi boljeg iskorišćenja brzine vjetra, lopatice tj. turbine pomjeraju prema smjeru vjetra.
Na slici 2.4 prikazana su rješenja vjetroagregata sa horizontalnom osovinom trubine.
Slika 2.4. Vjetro agregati sa horizontalnom osovinom turbine: a) sa jednom lopaticom b) sa dvije lopatice, c) sa 3 lopatice Vjetroturbine sa horizontalnom osovinom se danas dominantno koriste, kako za velike, tako i za male snage. One mogu biti postavljene niz i uz vjetar. Vjetroturbine postavljene niz vjetar se same prilagođavaju smjeru vjetra i ne zahtijevaju posebne mehaničke sisteme kontrole zakretanja. Osim toga, pri jačem vjetru nema opasnosti od kontakta lopatica i stuba jer se lopatice savijaju u smjeru od stuba. Nedostatak ovih turbine je to što lopatice pri rotaciji prolaze kroz zavjetrinu stuba, čime se stvaraju mehaničke vibracije i buka. Takođe, stub stvara i turbulencije što smanjuje efikasnost vjetroturbine, pa se ovaj koncept danas rijetko koristi. Moderni vjetroagregati se grade sa horizontalnom osovinom i vjetroturbinom postavljenom uz vjetar, pa moraju imati sistem za zakretanje osovine u horizontalnoj ravni kako bi se ostvarilo praćenje promjene smjera strujanja vjetra. Mogu imati različit broj lopatica, ali se najčešće koriste vjetroturbine sa tri lopatice, jer daju najve ći stepen iskorišćenja uz najmanje oscilacije. Prečnik rotora ovih turbina zavisi od snage i kreće se od 30 m za snagu od 300 kW do 164 m za snagu od 8 MW. Vjetroturbina se postavlja na vertikalni stub koji, u zavisnosti od prečnika rotora turbine, može biti visok i preko 140 m. Stub se najčešće gradi kao čelični konusni, a za manje snage i kao
čelični rešetkasti. Pored osnovne težnje da se postigne što bolja efikasnost konverzije, vjetrogeneratori sa horizontalnom osovinom i turbinom postavljenom uz vjetar doprinose smanjenju buke uz vizuelno prihvatljiv dizajn. Vjetroagregati malih snaga se uglavnom koriste za napajanje izolovanih potrošača (telekomunikacioni objekti, sistemi za navodnjavanje, vikendice i td.) koji se nalaze van urbane sredine. Za urbane gradske uslove vjetroagregati su i dalje neprihvatljivi, prije svega zbog buke i opasnosti za okolinu u vidu mogućeg razlijetanja turbine usljed havarije ili problema hvatanja leda na lopaticama, kojeg centrifugalne sile nastale prilikom okretanja mogu otkinuti i pri normalnom pogonu vjetroturbine. Ipak, u
posljednje vrijeme se radi na intenzivnom razvijanju rješenja malih turbina sa horizontalnom i vertikalnom osovinom koja su prihvatljiva i za urbane sredine. Princip mehaničke konverzije kinetičke energije vjetra u obrtnu mehaničku energiju na vratilu vjetroturbine se zasniva na posebnom dizajnu lopatica vjetroturbine zbog koga, pri strujanju vjetra oko lopatice, dolazi do stvaranja uzgonske sile potiska, slično kao kod krila aviona. U makroskopskom smislu, vjetroturbina koja rotira normalno na pravac strujanja vjetra predstavlja prepreku za vjetar.
Na slici 2.5 je prikazan izgled tipične konstrukcije onshore vjetro agregata sa horizontalnom osovinom turbine i označenim djelovima konstrukcije. 1. Temelj stuba 2. Priključak na EES 3. Stub 4. Stepenice 5. Zakretni mehanizam 6. Kućište 7. Generator 8. Sistem za mjerenje brzine 9. Kočioni sistem 10. Reduktor (mjenjačka kutija) 11. Lopatice 12. Sistem za zakretanje lopatica 13. Rotor
Slika 2.5. Konstrukcija onshore vjetro agregata
Temelj stuba omogućava stabilnost konstrukcije vjetroagregata bez obzira na spoljašnje uslove. Stub vjetroagregata mora ostati povezan sa temeljom, a time i sa tlom za bilo koju
brzinu okretanja lopatica i pri bilo kom mehaničkom opterećenju. Priključak na EES je razvodni orman za povezivanje na mrežu. Ako se vjetroagregati pojedinačno povezuju direktno na distributivni dio EES, priključak sadrži i transformator niskog na srednji napon. Stub može biti izveden kao cjevasti, konusni, teleskopski, rešetkasti, učvršćeni ili povezani.
Najčešće se koristi cjevasta konstrukcija, prije svega zbog velike čvrstoće i veće otpornosti na vibracije. Za manje vjetroagregate koristi se rešetkasta konstrukcija čija je prednost u jednostavnosti, a budući da ju je moguće rastaviti na manje dijelove, prikladnija je za transport i montažu.
Stepenice omogućavaju pristup kućištu i svim njegovim elementima, kako za vrijeme izgradnje vjetroagregata tako i tokom eksploatacije. Osnovna uloga ovog elementa je realizacija jednostavnog prilaza u slučaju potrebe za zamjenom nekog elementa agragata ili
fizičkom provjerom funkcionalnosti tokom redovnog održavanja. Zakretni mehanizam služi za okretanje kućišta vjetroagregata sa svim njegovim elementima. Nalazi se neposredno ispod kućišta, na vrhu stuba. Okretanje vrši motor, preko prenosnika tj. zupčastog prstena. Cilj je da horizontalna osa turbine tj. generatora bude paralelna sa pravcem strujanja vjetra kako bi se maksimalno iskoristila njegova brzina. Osim motora, mehanizam sadrži i mehaničku kočnicu koja onemogućava zakretanje kućišta usljed naleta vjetra. Kućište ima više namjena. Prvenstveno treba da štiti generatorski sistem sa svim komponentama od uticaja okoline, odnosno da štiti okolinu od buke koju, u toku rada, stvaraju
pojedini elementi unutar kućišta. Generator je zadužen za pretvaranje mehaničke energije okretanja osovine, dobijene preko turbine, odnosno lopatica, u električnu energiju. Sistem za mjerenje brzine ili anemometar generiše informacije o brzini strujanja vjetra koje, u vidu pogodnih digitalnih signala, kontinualno šalje upravljačkom, odnosno regulacionom centru unutar koga se ove informacije, na adekvatan način, obrađuju i na osnovu dobijenih rezultata preduzimaju određene aktivnosti u smislu zakretanja kućišta, lopatica ili čak zaustavljanja okretanja turbine. Kočioni sistem obezbjeđuje mogućnost zaustavljanja rotacije lopatica, ili čak isključenja
cijelog pogona u slučaju prevelike brzine vjetra ili bilo kakvih drugih nenormalnih stanja. Ovaj
sistem djeluje zajedno sa zakretnim mehnizmom. Reduktor (m jenjačka kutija) vrši ulogu prilagođavanja brzine okretanja osovine turbine, a time i rotora generatora, uslovima koji odgovaraju manjem broju polova električne mašine.
Kod novijih vjetroagregata (posebno kod sinhronih mašina) ovo prilagođenje ne vrši se na opisani način već regulacijom frekvencije, tako da se mjenačka kutija ne implementira.
Lopatice predstavljaju elemenat vjetroagregata koji je u direktnom dodiru sa vjetrom, odnosno čijim se okretanjem usljed dejstva vjetra omogućava generisanje električne energije. U praksi se obično realizuju vjetroagregati sa tri lopatice jer se njihovom upotrebom postiže najveći
stepen iskorišćenja brzine vjetra.
Sistem za zakretanje lopatica je realizovan na mjestu spoja lopatica sa rotorom i sastavni je dio lopatica. Ovim sistemom se upravlja pomoću motora ili sistem samostalno vrši zakretanje. Na osnovu toga razlikujemo lopatice realizovane sa zakretnim vrhovima koji predstavljaju
aerodinamičke kočnice ili sa krilcima koja odvajanjem od površine lopatica vrše kočenje. Rotor povezuje lopatice sa turbinom tj. vrši pretvaranje energije strujanja vjetra u mehaničku energiju okretanja osovine.
Slika 2.6 prikazuje detaljno elemente i raspored elemenata unutar kućišta vjetroagregata sa horizontalnom osovinom turbine. Elementi su označeni bro jevima:
Slika 2.6. Elementi i raspored elemenata unutur kućišta vjetroagregata sa horizontalnom osovinom turbine: 1 – hladnjak ulja; 2 – sistem za hlađenje generatora; 3 – transformator; 4 – anemometar; 5 –nosač servisnog krana; 6 – servisni kran; 7 – generator; 8 – osovina; 9 – sistem za zakretanje kućišta; 10 – reduktor (mjenjačka kutija); 11 – kočioni sistem; 12 – kućište; 13 – ležaj lopatice; 14 – rotor; 15 – lopatica; 16-cilindar; 17-kontroler
4.2. Koncepcije generatora Generatori vjetroagregata tj. vjetrogeneratori se razlikuju od generatora u hidroelektranama ili termoelektranama. Glavni razlozi za to su:
Vjetrogeneratori moraju zadržati stabilnost rada u uslovima realnih varijacija brzine vjetra. Zbog promjenjive brzine vjetra, a u cilju održavanja visoke efikasnosti elektromehaničke konverzije tj. velike vrijednosti koeficienta iskorišćenja, potrebno je da vjetrogeneratori imaju mogućnost promjene brzine obrtanja. Povoljna brzina obrtanja vjetroturbina je u opsegu od 10 do 30 obrtaja/min. S druge strane, brzinu obrtanja polja vjetrogeneratora tj. sinhronu brzinu određuje frekvencija u EES-u na koji je vjetrogenerator priključen. Za EES sa frekvencijom 50 Hz, sinhrona brzina dvopolne mašine je 3000 obrtaja/min, pa je potrebno izvršiti prilagođ avanje povoljne brzine obrtanja vjetroturbine i zahtijevane brzine obrtanja polja generator, odnosno sinhrone brzine. Ukoliko
se želi izbjeći korišćenje reduktora (mjenjačke kutije), neophodno je upotrijebiti generator sa više pari polova.
Ako su vjetrogeneratori tj. vjetroelektrane koje su od njih sastavljene, relativno male
vrijednosti snage, priključivanje u EES se vrši na srednjenaponskom nivou, odnosno u distributivnoj mreži koja je podložna povremenim promjenama nivoa napona u pojedinim tačkama, potrebna je konstrukcija generatora koja omogućava što veću robusnost odnosno što manji uticaj varijacija napona na sami generator. Zadovoljenje navedenih kriterijuma ograničeno je tehnološkim procesima i ekonomskom
opravdanošću realizacije pojedinih djelova, odnosno cjelokupnog vjetroagregata, što je dovelo do razvoja više načina realizacije elektromehaničke konverzije zavisno od primarnog kriterijuma koji je potrebno zadovoljiti.
4.2.1. Asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom Ovaj generator je prva verzija koja je upotrijebljena kod vjetroagregata. Zbog jednostavnosti
realizacije, robustnosti i dugotrajnosti rada i dalje je prisutan kao rješenje. Na slici 2.7 prikazana je šema vjetroagregata koji sadrži asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom.
Slika 2.7. Vjetroagregat koji sadrži asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom. Kao što se sa slike može uočiti, v jetrogenerator je direktno priključen na mrežu, pa je brzina obrtanja polja tj. sinhrona brzina konstantna i određena frekvencijom mreže, odnosno brojem pari polova, što je glavni nedostatak ovog rješenja. S obzirom na veliku razliku između povoljne brzine obrtanja vjetroturbine i sinhrone brzine obrtnog polja, koju određuje frekvencija mreže, neophodno je koristiti mehanički reduktor tj. mjenjačku kutiju. Stepen redukcije reduktora je reda od 1:50 do 1:100. Prevazilaženje problema usklađenosti brzina može se riješiti i korišćenjem asinhronog generatora sa velikim brojem pari polova bez reduktora, ali bi takva mašina bila velike mase, što nije prihvatljivo za rad u okviru vjetroagregata gdje se zahtijevaju kompaktna rešenja, jer se
vjetrogeneratori postavljaju u kućištima na visokim stubovima i teži se da imaju što manji gabarit i masu. Vjetroagregati sa asinhronim kaveznim rotorom su projektovani tako da dostižu maksimalnu efikasnost pri tačno određenoj brzini vjetra, pa se mora pažljivo vršiti izbor broja pari polova i stepena redukcije reduktora u skladu sa karakeristikama vjetra na svakoj pojedinačnoj lokaciji. U okviru ovog rješenja, najčešće se koriste generatori sa dva para polova, odnosno sinhronom brzinom od 1500 obrtaja/min u EES frekvencije 50 Hz. Rjeđe se upotrebljavaju generatori sa tri ili četiri para polova. Glavni nedostatak ovog rješenja tj. konstantna brzina obrtanja, donekle se prevazilazi primjenom statora sa dvostrukim namotajem ili primjenom dva
generator sa različitim brzinama obrtanja polja u okviru istog vjetroagregata. U prvom slučaju, kod generatora sa dvostrukim statorskim namotajem, namotaj sa većim brojem pari polova se upotrebljava pri manjim brzinama vjetra. Ovaj namotaj stvara manju sinhronu brzinu i generiše manju snagu. Pri većim brzinama vjetra upotrebljava se namotaj sa
manjim brojem pari polova koji stvara veću sinhronu brzinu i generiše veću snagu. U drugom slučaju, kod vjetroagregata sa dva asinhrona generatora, pri malim brzinama vjetra ,uključuje se generator manje brzine obrtanja. Kada se brzina vjetra poveća iznad određene vrijednosti, uključuje se generator sa većom brzinom obrtanja. Prilikom priključivanja asinhronog generatora na mrežu neophodno je implementirati uređaj za puštanje u rad kako bi se ograničila velika polazna struja i udarni dinamički moment. U tu svrhu se najčešće koristi tzv. soft starter, koji u toku zalijetanja vjetroturbine postepeno povećava napon na statorskom namotaju i na taj način se postepeno uspostavlja magnetski fluks u generator i time ograničava struja magnećenja. Nakon puštanja u rad generatora i postizanja optimalne radne tačke, soft starter se kratko prespaja i vjetrogenerator nastavlja rad direktno priključen na mrežu. Asinhronom generatoru je za rad potrebna reaktivna snaga. Ona se uzima iz distributivne mreže ili se generiše lokalno iz baterija kondezatora koje se smještaju u podnožju stuba. Najčešće se koristi dinamički sistem kompenzacije (TSC) kako bi se generisanje reaktivne snage moglo prilagoditi promjenljivom opterećenju generatora i na taj način faktor snage održavati na konstantnoj vrijednosti i u uslovima promjenjive snage vjetroturbine. Osim ekonomskih razloga, kontrola reaktivne snage je potrebna da bi se
poboljšale naponske prilike u distributivnoj mreži na koju je vejtroagregat povezan. Vjetroagregat sa asinhronim kaveznim vjetrogeneratorom nije pogodan za lokacije sa udarnim vjetrovima. Naime, zbog krutosti mehaničke karakteristike asinhronog generatora, obrtni moment vjetroturbine se direktno prenosi na vratilo, što može dovesti do oštećenja mehaničkog prenosnog sistema. Takođe, u slučaju kvara u distributivnoj mreži na koju je vjetroagre gat priključen, vjetrogenerator gubi stabilnost zbog povećanja brzine obrtanja iznad prevalne. Vjetroagregat ovog tipa nije pogodan za priključenje na nedovoljno razvijenu distributivnu mrežu zbog velikih varijacija snage u njoj koje uzrokuju pojavu naglih promjena vrijednosti napona. U pogledu regulacije snage, vjetroagregati ovog tipa spadaju u kategoriju agregata sa konstantnom brzinom obrtanja i fiksnim uglom lopatica.
4.2.2. Asinhroni generator sa namotanim rotorom
Najveći nedostatak rješenja koje uključuje asinhroni generator sa kratko spojenim (kaveznim) rotorom, fiksna brzina obrtanja, donekle je prevaziđen primjenom vjetroagregata sa namotanim rotorom i otpornikom u kolu rotora. Šema ovog vjetrogeneratora je prikazana na slici 2.8.
Rotorski otpornik se povezuje u kolo rotora preko četkica i kliznih prstenova ili preko ispravljača. Promjenom otpornosti kola rotorskog namotaja mijenja se nagib mehaničke karakristike, odnosno radno klizanje asinhrone mašine, što omogućava određenu promjenu brzine obrtanja. Upotrebom ispravljača vrši se dinamička promjena otpornosti eksternog rotorskog otpornika, čime je omogućena kontinualna promjena brzine obrtaja tj. povećanje brzine u odnosu radnu tačku koju diktira prirodna karakteristika asinhronog generatora. Zbog toga je ovaj sistem poznat i kao sistem sa polu-promjenljivom brzinom obrtanja. Prednost ovog rješenja u odnosu na generator sa kratko spojenim rotorom nije u poboljšanoj efikasnosti konverzije energije vjetra, već u poboljšanom kvalitetu izlazne električne energije (manje varijacije snage). Pri naletima jakog vjetra povećava se otpornost rotorskog otpornika čime se smanjuje elektromagnetski moment generatora, što omogućava da se
udarna snaga vjetra troši na ubrzanje vjetroturbine tj. vrši se njena apsorpcija i smanjuje naprezanje osovine, odnosno reduktora. Sa dr uge strane, vjetrogenerator ima lošiji stepen iskorišć enja usljed disipacije dijela snage na rotorskom otporniku.
Primjenom ovog koncepta moguće je samo povećavati brzinu obrtanja u odnosu na radnu tačku koju diktira prirodna karakteristika asinhrone mašine. Zbog toga je ovaj sistem poznat i kao sistem sa polu-promjenljivom brzinom obrtaja (semi-variable speed system). Neophodnost kompenzacije reaktivne snage i primjena soft startera je potrebna i kod ovog koncepta.
Slika 2.8. Vjetroagregat koji sadrži asinhroni generator sa namotanim rotorom. 4.2.3. Asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom i pretvaračem
Ovo rješenje omogućava potpuno promjenjivu brzinu obrtanja. Sistem se zasniva na upotrebi pretvaračke grupe ispravljač – invertor dimenzionisane za punu snagu vjetroagregata, koja omogućava pun opseg promjene brzine obrtanja tj. od 0 do 100 % nominalne brzine (slika 2.9).
Slika 2.9. Vjetroagregat koji sadrži asinhroni generator sa kratko spojenim rotorom i pretvaračkom grupom u kolu statora. Kod ovog rješenja, vjetrogenerator je potpuno frekvencijski izolovan od mreže na koju je priključen. Aktivna snaga na izlazu iz asinhronog vjetrogeneratora se AC/DC konvertorom prosljeđuje ka DC linku. Potom DC/AC konvertor preuzima snagu iz DC linka i njome napaja mrežu na koju je vjetroagregat priključen. Osim što isporučuje aktivnu snagu u mrežu, ovaj konvertor upravlja i razmjenom reaktivne snage sa mrežom, pa nisu potrebne baterije kondenzatora. Upravljanje momentom generatora, odnosno brzinom obrtanja, se vrši vektorskom kontrolom struja statora koja se ostvaruje preko invertora sa strane namotaja statora (AC-DC konvertor). Dizajn prikazan na slici 2.9 uključuje asinhroni generator sa kaveznim rotorom što je prva prednost ovog rješenja. Asinhroni generator je priključen na mrežu preko energetskog pretvarača koji je dimenzionisan na 120 % nominalne snage mašine. C jelokupna električna snaga koju generiše prolazi kroz pretvarač pa je nedostatak ovog rješenja velika snaga pretvarača i problemi sa višim harmonicima struja koji se neizostavno pojavljuju kada se upotrebljavaju poluprovodničke komponente energetske elektornike. Prednost je u tome što se omogućava rad vjetrogeneratora sa promjenljivom brzinom na velikom opsegu brzina obrtanja rotora. Takođe, frekventni pretvarač omogućava i kompenzaciju reaktivne snage koju generator uzima iz mreže, rad sa jediničnim faktorom snage prema mreži, kao i lakšu konekciju vjetrogeneratora na električnu mrežu.
4.2.4. Asinhroni generator sa dvostranim napajanjem
Ovo rješenje vjetroagregata je, u vidu šeme, prikazano na slici 2.10 i predstavlja najzastupljeniji koncept koji se primjenjuje kod vjetrogeneratora. Spada u kategoriju vjetroagregata sa promjenljivom brzinom obrtanja. Statorski namotaj je direktno priključen na mrežu, dok se rotorski namotaj na mrežu priključuje preko pretvaračke grupe. Primjena konvertora i DC linka omogućava rad u sva četiri kvadranta, tj. omogućava tok aktivne i reaktivne snage u oba smjera – od generatora ka mreži i od mreže ka generatoru. Sa strane rotora, AC/DC konvertor je zadužen za upravljanje momentom generatora, odnosno promjenom brzine obrtanja vjetroturbine u cilju maksimalne apsorpcije snage vjetra, kao i za upravljanje reaktivnom snagom
vjetrogeneratora. Uloga DC/AC konvertora sa strane mreže je da prosljeđuje aktivnu snagu iz DC linka u mrežu, i obr atno. Ovakav rad DC/AC konvertora je moguć primjenom naponske upravljačke petlje koja obezbjeđuje da se napon DC linka održava konstantnim.
Slika 2.10. Vjetroagregat koji sadrži asinhroni generator sa dvostranim napajanjem. Promjenom učestanosti struja u kolu rotora moguće je prilagođavati mehaničku karakteristiku generatora brzini strujanja vjetra. Opseg brzina obrtanja je u granicama ±30% u odnosu na sinhronu brzinu. Analiza tokova aktivnih snaga dvostrano napajanog asinhronog generatora u nadsinhronom i podsinhronom generatorskom režimu je prikazana na slici 2.11.
Slika 2.11. Tokovi aktivne snage u vjetrogeneratoru sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom. U u nadsinhronom režimu, snaga se injektira u mrežu i sa strane statora i sa strane rotora, dok se u podsinhronom režimu, rotor napaja iz mreže. Kod nadsinhronog režima rada, asinhroni generator može da radi sa snagom većom od nominalne snage namotaja statora jer je ukupna snaga koju generiše asinhrona mašina jednaka zbiru snage statora i rotora. Snaga koja se prenosi kroz rotor, ako se zanemare gubici u namotaju rotora, srazmjerna je relativnom klizanju. Ako se još pretpostavi da je opseg radnih brzina vjetrogeneratora ωo+0,3ωo, gdje je ωo sinhrona brzina koja odgovara prirodnoj karakteristici asinhronog generatora, tada je
maksimalna snaga koju preuzima rotorski namotaj oko 30% nazivne snage vjetrogeneratora. Snaga koja se prenosi kroz rotor prolazi i kroz pretvarač u kolu rotora, što znači da je snaga pretvarača za konkretan vjetrogenerator, definisana opsegom brzina u kom radi vjetroturbina i najčešće je to 30% nominalne snage vjetroagregata. Ovo je osnovna prednost asinhronog dvostrano napajanog generatora nad rješenjima kod kojih snaga pretvarača odgovara nominalnoj (maksimalnoj) snazi vjetrogeneratora. Kod ovog koncepta, upravljanje tokom aktivne i tokom reaktivne snage je nezavisno. Upravljanje reaktivnom snagom se vrši kroz upravljanje efektivnim vr ijednostima struja rotora, odnosno promjenom efektivne vrijednosti napona na rotorskom namotaju. Upravljanje reaktivnom snagom, u fizičkom smislu, odgovara upravljanju reaktivnom snagom klasičnog sinhronog generator sa pobudnim namotajem na rotoru. Povećanjem struja rotora povećava se indukovana elektromotorna sila u statorskom namotaju i obrnuto, čime se postiže željena vrijednost reaktivne snage koja se generiše ili uzima iz mreže. Dvostrano napajani asinhroni generator se odlikuje relativno malim vremenskim konstantama, što omogućava brz odziv u tranzijentnom periodu (promjena brzine vjetra ili poremećaj u mreži). Ovo je vrlo bitna karakteristika jer efikasno upravljanje elektromagnetskim momentom generatora, odnosno brza reakcija na promjene, omogućava apsorpciju udarnih momenata turbine koji se javljaju tokom jakih naleta vjetra. Za zaštitu rotorskog pretvarača od udarnih struja pri kratkim spojevima u mreži, obično se ugrađuje sistem za kratko spajanje, ili prespajanje preko male otpornosti, rotorskog namotaja u suptranzijentnom periodu.
Iz navednog se može zaključiti da vjetroagregati ovog tipa, u poređenju sa rješenjem koje uključuje kratkospojeni rotorski namotaj, imaju niz bitnih prednosti. Omogućavaju maksimalno iskorišćenje snage vjetra jer omogućavaju promjenu brzine obrtanja vjetroturbine u širokom opsegu, mogu radititi sa različitim faktorom snage, a bsorbuju udarne momente vjetroturbine i na taj način produžavaju životni vijek elemenata u transmisionom sistemu, a takođe generišu i manju buku. Glavni nedostaci su relativno visoka cijena zbog pretvarača tj. komponenti energetske elektronike od kojih su sačinjeni, postojanje kliznih prstenova, povećana osjetljivost na atmosferske prenapone i generisanjeviših harmonika struja. 4.2.5. Sinhroni generator sa namotanim rotorom
Ovo rješenje pripada grupi sistema sa punim opsegom mogućnosti promjene brzine. Po karakteristikama je vrlo slično vjetroagregatu sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom. Upotreba sinhronog vjetrogeneratora ima veliku prednost u odnosu na sva ostala rješenja jer se eliminiše upotreba reduktora čime se povećava efikasnost sistama i smanjuje buka. Na slici 2.12 prikazano je rješenje vjetroagregata sa sinhronim generatorom bez reduktora.
Slika 2.12. Vjetroagregat koji sadrži sinhroni generator sa namotanim rotorom. Osnovni nedostatak ovog rješenja je specifična konstrukcija električnog generatora. Naime, radi se o višepolnim prstenastim generatorima koji se proizvode isključivo za ovaj tip vjetroagregata. Velike dimenzije i masa ovih generatora takođe predstavljaju nedostatak u odnosu na asinhrone generatore u kombinaciji sa reduktorom. Ovo posebno dolazi do izražaja kod
generator većih snaga. 4.2.6. Sinhroni generator sa permanentnim magnetima
I ovo rješenje pripada grupi sistema sa punim opsegom mogućnosti promjene brzine. Principska šema je data na slici 2.13. Za razliku od rješenja koje uključuje sinhroni generator sa namotanim rotorom, ovdje ne postoji namotaj na rotoru, što znači da ne postoje ni klizni prstenovi. Funkciju pobude generatora vrše permanentni magneti koji su smješteni na rotoru. Razvojem visokokvalitetnih materijala sa dobrim magnetskim osobinama, stvorena je
mogućnost primjene ovog rješenja i kod vjetroagregata većih snaga, a ne samo u oblastima snaga do 20 KW kao što je to do skoro bio slučaj. Kako se vjetroturbina obrće različitim brzinama, zavisno od strujanja vjetra, to je napon na priključcima generatora različite amplitude i frekvencije. Da bi se izvršilo frekvencijsko i naponsko razdvajanje mreže i generatora potrebno je koristiti pretvaračku grupu, koja se sastoji od generatorskog i mrežnog pretvarača, povezanih na zajednički DC link. Regulacija injektiranja reaktivne snage se vrši pomoću mrežnog dijela pretvarača. Ovo nameće zahtjev da pretvarači budu potpuno upravljivi i sa osobinom minimalnog generisanja viših harmonika struje prema mreži, ali i prema statorskom namotaju generatora. Viši harmonici uzrokuju povećane gubitke usljed vrtložnih struja pa mogu da demagnetizuju permanentne magnete I pri relativno malom opterećenju. Postojanje pretvaračke grupe između generatora i mreže omogućava i kontrolu struja kratkog spoja u generator, pri pojavi kratkih spojeva u mreži, tako da ovi generatori praktično ne doprinose povećanju struja kratkog spoja u mrežama na koje su povezani.
Slika 2.13. Vjetroagregat koji sadrži sinhroni generator sa permanentnim magnetima. Ovaj koncept se koristi sa i bez reduktora. Na slici 2.13 prikazano je rješenje koje ne uključuje reduktor. Brzina obrtanja polja statora odgovara povoljnoj brzini obrtanja vjetroturbine, koja je u opsegu od 10 – 30 obrtaja/min. Zbog velikog broja pari polova, ovakvi generatori imaju velike radijalne dimenzije, odnosno veliku masu, što uzrokuje probleme pri proizvodnji, montaži i eksploataciji. Proces ugradnje permanentnih magneta je komplikovan, a javljaju se i problemi transporta, odnosno postavljanja ovako gabaritnog generatora na visine koje prelaze 120 m. U radu je potrebno održavati razmak vazdušnog proc jepa između statora i rotora na konstantnu vrijednost, što u uslovima uticaja mehaničkih udara i promjena temperatura predstavlja dodatni problem. Zbog svega navedenog, cijena ovog rješenja bez reduktora još uvijek premašuje cijenu koncepta sa mehaničkim reduktorom, pa se ovi generatori srijeću i u verziji sa reduktorom.
4.3. Blok transformator Nazivni napon statorskog namotaja generatora (ili napon na izlazu iz DC-AC pretvarača u statorskom kolu generatora), kod većih jedinica je 690 V ili 1000 V (kod jedinica snage iznad 2 MW), zbog čega je neophodna upotreba transformatora. Nazivni napon niženaponskog namota ja blok-transformatora odgovara generatorskom naponu i standardne je vrijednosti 0,69 kV ili 1 kV. Nazivni napon primarnog namotaja je standardno 10 kV, 20 kV, ili 35 kV, zavisno od srednjenaponskog nivoa mreže na koju se transformator priključujue. Transformator može biti smješten u kućištu ili u podnožju stuba. U varijansti transformatora smještenog u kućištu koristi se suvi transformator, kako bi se optimizovao odnos mase i gabarita transformatora prema instalisanoj snazi. S obzirom da se radi o suvom transformatoru najčešće se proizvodi u klasi izolacije F. Sprega transformatora je Dyn. Transformator ima mogućnost regulacije prenosnog odnosa sa obično pet odcjepa na primarnom namotaju sa stepenom regulacije ± 2x2,5%. Regulacija se vrši ručno kada transformator nije eksitovan. U nekim varijantama, tr ansformator može biti tronamotajni (kod vjetroagregata sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom), pri čemu se tercijalni namotaj koristi za napajanje pretvarača u kolu rotora generatora. Nazivni napon tercijalnog namotaja je tipično 0,49 kV.
4.4. Energetski pretvarači Kod vjetrogeneratora se koriste različiti tipovi energetskih pretvarača. Kada su u pitanju vjetrogeneratori sa promjenljivom brzinom obrtanja rotora, pomoću pretvarača se vrši upravljanje momentom mašine pri promjenjivoj brzini vjetra. Pored upravljanja brzinom obrtanja, pretvarači imaju i ulogu upravljanja faktorom snage generatora. Kod vjetrogeneratora sa fiksnom brzinom obrtanja (asinhroni generator sa kaveznim rotorom) koriste se pretvarači za kontrolu struje priključenja generatora na mrežu, kako bi generator i mreža bili zaštićeni od velikih strujnih udara i dinamičkih udarnih momenata pri priključenju na mrežu. Za slučaj asinhronog generatora sa kaveznim rotorom koriste se soft starter i kompezator reaktivne snage. Osnovna funkcija soft startera je da ograniči struje statora na oko 150% nominalne struje prilikom priključenja vjetrogeneratora na mrežu. Soft starter reguliše efektivnu vrijednost napona koja se dovodi na priključne krajeve generatora u toku faze zalijetanja i na taj način reguliše fazne struje kroz statorski namotaj i priklju čni vod. S obzirom da je asinhroni generator potrošač reaktivne snage, on uvijek radi sa induktivnim faktorom snage (apsorbuje reaktivnu snagu iz mreže), koji varira u zavisnosti od opterećenja, odnosno brzine vjetra. Sa druge strane, operator distributivnog sistema često zahtijeva da faktor snage priključenog vjetroagregata na mrežu bude stabilan i blizak jedinici. Iz tog razloga neophodno je vršiti dinamičku kompenzaciju reaktivne snage vjetrogeneratora. U tu svrhu najčešće se koristi kompenzator reaktivne snage sastavljen od baterija kondenzatora. U rješenjima koja uključuju asinhroni generator sa namotanim rotorom i otpornikom u kolu rotora, energetski pretvarači se koriste za kontinualnu promjenu otpornosti u kolu rotora sa ciljem promjene vrijednosti klizanja, odnosno brzine obrtanja polja, u određenom opsegu. Kod rješenja sa dvostrano napajanim asinhronim generatorom, energetski pretvarač je povezan u kolo rotora i ima ulogu da mijenja učestanost napona, odnosno struje, takođe u cilju upravljanja brzinom obrtanja polja.
Najčešće upotrebljavani energetski pretvarač kod dvostrano napajanih asinhronih generatora i sinhronih generatora sa namotanim rotorom, odnosno sa permanentnim magnetima je “back -to back” PWM. Tipična promjena brzine koja se postiže pomoću ovog pretvarača je od – 40% do +30% sinhrone brzine. Ovako širok dijapazon promjena vrijednosti brzine omogućava veću efikasnost rada vjetrogeneratora. Širi opseg promjene vrijednosti brzine značio bi i veću snagu na koju bi trebalo da bude dimenzionisan energetski pretvarač, što bi bilo neekonomično.
